PROSES ETANOLISIS MINYAK SAWIT DALAM SISTEM DEEP EUTECTIC SOLVENT (DES) BERBASIS CHOLINE CHLORIDE ETILEN GLIKOL

Transkripsi

1 PROSES ETANOLISIS MINYAK SAWIT DALAM SISTEM DEEP EUTECTIC SOLVENT (DES) BERBASIS CHOLINE CHLORIDE ETILEN GLIKOL SKRIPSI Oleh LEONARDO INDRA DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA SEPTEMBER 2016

2 PROSES ETANOLISIS MINYAK SAWIT DALAM SISTEM DEEP EUTECTIC SOLVENT (DES) BERBASIS CHOLINE CHLORIDE ETILEN GLIKOL SKRIPSI Oleh LEONARDO INDRA SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA SEPTEMBER 2016

3

4

5

6

7 DEDIKASI Skripsi ini saya persembahkan untuk : Bapak & Ibu tercinta Bapak Halim Gietari dan Ibu Yesika Indra Mereka adalah orang tua hebat yang telah membesarkan, mendidik dan mendukungku dengan penuh kesabaran dan kasih sayang. Terima kasih atas pengorbanan, nasehat dan do a yang tiada hentinya yang telah kalian berikan kepadaku selama ini. v

8 RIWAYAT HIDUP PENULIS Nama : Leonardo Indra NIM : Tempat/Tgl. Lahir : Padang / 22 Agustus 1995 Nama orang tua : Halim Gietari dan Yesika Indra Alamat orang tua : Jalan H. Piobang No 16 Payakumbuh Asal Sekolah : TK Pius Payakumbuh, tahun SD Pius Payakumbuh, tahun SMP Fidelis Payakumbuh, tahun SMA Don Bosco Padang, tahun Pengalaman Organisasi/Kerja : 1. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2014/2015 sebagai anggota bidang Pendidikan dan Kaderisasi. 2. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2015/2016 sebagai anggota. 3. Asisten Laboratorium Proses Industri Kimia Tahun Ajaran 2015/2016 vi

9 ABSTRAK Transesterifikasi merupakan salah satu proses pembuatan bahan bakar ramah lingkungan yang dilakukan dengan mereaksikan minyak atau lemak dengan alkohol menggunakan bantuan katalis asam atau basa yang akan membentuk ester dan gliserol. Penelitian ini bertujuan untuk menguji potensi dan keefektifan penggunaan Deep Eutectic Solvent (DES) berbasis choline chloride : etilen glikol sebagai co-solvent dalam sintesis biodiesel melalui reaksi etanolisis dengan menggunakan bahan baku minyak sawit. Proses sintesis DES dilakukan dengan mencampurkan choline chloride : etilen glikol dengan perbandingan 1:2 (mol/mol) ke dalam erlenmeyer dan dipanaskan pada suhu 80 o C dengan pengadukan 300 rpm selama 60 menit. Variasi konsentrasi DES yang digunakan sebesar 1; 2; 3; 4; 5 dan 6 % berat minyak. Hasil terbaik diperoleh yield sebesar 81,72 % dengan kemurnian etil ester 99,35 % pada kondisi rasio molar etanol : minyak : 9:1, jumlah DES 4 % berat minyak, katalis 0,75 %, temperatur reaksi 70 C, kecepatan pengadukan 600 rpm dan waktu reaksi selama 60 menit. Kata kunci : Transesterifikasi, Deep Eutectic Solvent, Choline Chloride, Etilen Glikol vii

10 ABSTRACT Transesterification is a process of making an environmentally friendly fuel that is made by reacting oil or fat with alcohol utilize with acid or base catalysts which will form esters and glycerol. This study was aimed to test the potency and effectiveness of Deep Eutectic Solvent (DES) based choline chloride : ethylene glycol as co-solvent in biodiesel synthesis through ethanolysis reaction using palm oil feedstock. DES synthesis process is conducted by mixing choline chloride : ethylene glycol 1: 2 (mol / mol) ratio into erlenmeyer and heated at 80 C temperature with 300 rpm stirring speed for 60 minutes. DES concentration variation used by 1; 2; 3; 4; 5 and 6% wt oil. Best results yield 81,72% with 99,35% ethyl ester content was obtained at molar ratio of ethanol:oil : 9:1, amount of DES 4% oil wt, 0,75% catalyst, 70 C reaction temperature, 600 rpm stirring speed and 60 minutes reaction time. Keywords : Transesterification, Deep Eutectic Solvent, Choline Chloride, Ethylene Glycol viii

11 DAFTAR ISI Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI PENGESAHAN PRAKATA DEDIKASI RIWAYAT HIDUP PENULIS ABSTRAK ABSTRACT i ii iii v vi vii viii DAFTAR ISI ix DAFTAR GAMBAR xii DAFTAR TABEL xiv DAFTAR LAMPIRAN DAFTAR SINGKATAN BAB I PENDAHULUAN xv xvi LATAR BELAKANG PERUMUSAN MASALAH TUJUAN PENELITIAN MANFAAT PENELITIAN RUANG LINGKUP PENELITIAN 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA POTENSI MINYAK SAWIT SEBAGAI BAHAN BAKU BIODIESEL PROSES TRANSESTERIFIKASI MINYAK SAWIT Transesterifikasi tanpa Menggunakan Pelarut Transesterifikasi dengan Menggunakan Pelarut DEEP EUTECTIC SOLVENTS (DES) SINTESIS DEEP EUTECTIC SOLVENTS (DES) APLIKASI DES DALAM BIDANG PEMBUATAN BIODIESEL Penggunaan DES sebagai Katalis dalam Transesterifikasi Penggunaan DES untuk Pemisahan Gliserol dari Biodiesel Mentah 14 ix

12 2.6.3 Penggunaan DES sebagai Co-Solvent Dalam Pembuatan Biodiesel 2.7 POTENSI EKONOMI BAB III METODOLOGI PENELITIAN LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN BAHAN DAN PERALATAN Bahan Penelitian Peralatan Penelitian RANCANGAN PERCOBAAN Sintesis Deep Eutectic Solvents (DES) Sintesis Biodiesel PROSEDUR PENELITIAN Pretreatment Bahan Baku Proses Sintesis Deep Eutectic Solvent (DES) Proses Sintesis Biodiesel Sketsa Percobaan Sketsa Percobaan Proses Sintesis Deep Eutectic Solvent (DES) Sketsa Percobaan Proses Sintesis Biodiesel Prosedur Analisis Analisa Kadar Free Fatty Acid (FFA) Bahan Baku Minyak Sawit dengan Metode Tes AOCS Official Method Ca sa Analisa Komposisi Bahan Baku Minyak Sawit dan Biodiesel yang dihasilkan menggunakan GCMS Analisa Densitas Deep Eutectic Solvent (DES) dan Biodiesel yang dihasilkan dengan Metode Tes OECD Analisa Viskositas Deep Eutectic Solvent (DES) dan Biodiesel yang dihasilkan dengan Metode Tes ASTM D x

13 Analisa Lapisan Atas dan Bawah Hasil 22 Transesterifikasi Analisa Fasa Etanol Minyak dengan Metode 22 Capillary Bridge 3.5 FLOWCHART PENELITIAN Flowchart Pretreatment Bahan Baku Flowchart Proses Sintesis Deep Eutectic Solvent (DES) Flowchart Proses Sintesis Biodiesel 24 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ANALISIS BAHAN BAKU CRUDE PALM OIL (CPO) PROSES DEGUMMING Analisis Kandungan Asam Lemak Bebas (ALB) Analisis Kadar Air PENGARUH DES PADA BIODIESEL Pengaruh DES pada Yield Biodiesel Pengaruh DES pada Proses Pemisahan Biodiesel Pengaruh DES pada Proses Pencucian Biodiesel Pengaruh DES pada Fasa Etanol-Minyak KARAKTERISTIK BIODIESEL 32 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN KESIMPULAN SARAN 34 DAFTAR PUSTAKA 36 xi

14 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Tahapan Reaksi Alkoholisis 8 Gambar 2.2 Mekanisme reaksi transesterifikasi dengan menggunakan basa homogen 9 Gambar 2.3 Diagram Representasi Teori Titik Eutektik Campuran 11 Gambar 2.4 Gambar 2.5 Ilustrasi pembuatan biodiesel (a) tanpa menggunakan DES dan (b) menggunakan DES Interaksi antara Hydrogen Bond Acceptor (ChCl) dan Hydrogen bond Donor (R-OH) Gambar 3.1 Rangkaian Peralatan Sintesis Deep Eutectic Solvent (DES) dari Choline Cloride dan Etilen Glikol 19 Gambar 3.2 Rangkaian Peralatan Sintesis Biodiesel dari Minyak Sawit Secara Transesterifikasi Menggunakan Katalis KOH dan Deep Eutectic Solvent (DES) sebagai Co- Solvent 20 Gambar 3.3 Flowchart Pretreatment Bahan Baku 23 Gambar 3.4 Flowchart Proses Sintesis Deep Eutectic Solvent (DES) 23 Gambar 3.5 Flowchart Proses Sintesis Biodiesel 24 Gambar 4.1 Analisis kadar ALB CPO dan DPO 26 Gambar 4.2 Analisis kadar air CPO dan DPO 27 Gambar 4.3 Yield biodiesel vs Jumlah DES 28 Gambar 4.4 Gambar 4.5 Gambar 4.6 Gambar D.1 Gambar D.2 Gambar D.3 Gambar D.4 Gambar D.5 Proses pemisahan (a) tanpa DES (b) dengan DES Proses pencucian biodiesel (a) tanpa DES 3 kali pencucian (b) tanpa DES 6 kali pencucian (c) dengan DES 3 kali pencucian Fasa etanol minyak (a) tanpa DES (b) dengan DES Pembuatan deep eutectic solvent Proses degumming minyak sawit Rangkaian peralatan pembuatan biodiesel Pembuatan biodiesel Pemisahan biodiesel dan gliserol hasil reaksi xii

15 Gambar D.6 Gambar D.7 Gambar D.8 Gambar D.9 Gambar D.10 Gambar D.11 Pencucian biodiesel Pengeringan biodiesel DES yang dihasilkan Biodiesel yang dihasilkan Analisis viskositas Analisis densitas xiii

16 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Kandungan asam lemak pada buah sawit 6 Tabel 3.1 Rancangan percobaan sintesis biodiesel 17 Tabel 4.1 Komposisi asam lemak dari CPO (Crude Palm Oil) 25 Tabel 4.2 Banyak pencucian yang dilakukan 31 Tabel 4.3 Karakteristik Biodiesel 32 Tabel A.1 Komposisi asam lemak CPO 41 Tabel A.2 Komposisi trigliserida CPO 41 Tabel A.3 Tabel A.4 Tabel B.1 Tabel B.2 Tabel B.3 Kadar air CPO Kadar free fatty acid (FFA) CPO Hasil analisis densitas biodiesel suhu 15 o C Hasil analisis viskositas biodiesel Hasil yield dan kemurnian etil ester xiv

17 DAFTAR LAMPIRAN Halaman LAMPIRAN A DATA BAHAN BAKU LA.1 Komposisi Asam Lemak Bahan Baku CPO Hasil Analisis GCMS 41 LA.2 Komposisi Trigliserida Bahan Baku CPO 41 LA.3 Kadar Air CPO 42 LA.4 Kadar Free Fatty Acid (FFA) CPO 42 LAMPIRAN B DATA PENELITIAN 43 LB.1 Data Densitas Biodiesel LB.2 Data Viskositas Kinematik Biodiesel LB.3 Data yield Etil Ester LAMPIRAN C CONTOH PERHITUNGAN 44 LC.1 Perhitungan Kadar FFA CPO LC.1.1 Perhitungan Kadar FFA CPO Sebelum Degumming LC.1.2 Perhitungan Kadar FFA CPO Setelah Degumming LC.2 Perhitungan Kebutuhan Etanol 45 LC.3 Perhitungan Densitas Biodiesel 46 LC.4 Perhitungan Viskositas Biodiesel 46 LC.5 Perhitungan Yield Biodiesel 47 LAMPIRAN D LAMPIRAN E DOKUMENTASI HASIL UJI LABORATORIUM LE.1 Hasil Uji Bahan Baku Minyak Kelapa Sawit (CPO) 54 LE.2 Hasil Uji Biodiesel yang Dihasilkan tanpa DES 55 LE.3 Hasil Uji Biodiesel yang Dihasilkan dengan DES 1% 56 LE.4 Hasil Uji Biodiesel yang Dihasilkan dengan DES 2% 57 LE.5 Hasil Uji Biodiesel yang Dihasilkan dengan DES 3% 58 LE.6 Hasil Uji Biodiesel yang Dihasilkan dengan DES 4% LE.7 Hasil Uji Biodiesel yang Dihasilkan dengan DES 5% LE.8 Hasil Uji Biodiesel yang Dihasilkan dengan DES 6% xv

18 DAFTAR SINGKATAN KOH NaOH THF ILs DES HBD PTSA ChCl GCMS FFA AOCS OECD ASTM CPO CPKO NaOCH3 CO2 ZnCl2 wt rpm PPKS St cst GC DPO ALB cp FAEE FOEE Kalium Hidroksida Natrium Hidroksida Tetrahydrofuran Ionic Liquids Deep Eutectic Solvents Hydrogen Bond Donor p-toluenesulfonic Acid Monohydrate Choline Chloride Gas Chromatography Mass Spectrometry Free Fatty Acid American Oil Chemists' Society Organisation for Economic Co-operation and Development American Standard Testing Method Crude Palm Oil Crude Palm Kernel Oil Natrium Metoksida Karbon Dioksida Zinc Chloride berat Revolutions per Minute Pusat Penelitian Kelapa Sawit Stokes Centistokes Gas Chromatography Degumming Palm Oil Asam Lemak Bebas Centipoise Fatty Acid Ethyl Ester Fish Oil Ethyl Ester xvi

19 SNI BM Standar Nasional Indonesia Berat Molekul xvii